摘要：在完善無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)方面，測(cè)溫采集單位的電源需要一種能夠長(zhǎng)期使用、節(jié)能高效的方式，需要從有源到無(wú)源的轉(zhuǎn)變。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出一種無(wú)源無(wú)線的解決方案。通過(guò)分析聲表面波諧振器的傳感原理和傳統(tǒng)傳感系統(tǒng)的構(gòu)成，采用一次變頻的構(gòu)成方式，在聲表面波諧振器的原理基礎(chǔ)上建立無(wú)源無(wú)線溫度傳感系統(tǒng)，并引入了計(jì)算機(jī)控制和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：無(wú)線測(cè)溫；聲表面波；諧振器；傳感器

　　Abstract： In perfecting the wireless temperature measuring system， the power of the temperature acquisition unit needs a long-term use， energy saving and efficient way， and it should be transferred from active to passive. Aimed at this problem， we put forward a kind of passive wireless solutions. Through the analysis of the sensing principle of surface acoustic wave resonator and composition of traditional sensing system， a passive wireless temperature sensing system is constructed based on surface acoustic wave resonator. The system adopts the opposition of a frequency conversion method， and introduces the computer control and digital signal processing technology.

　　Key words： wireless temperature measure； surface acoustic wave； resonator； sensor

　　無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的進(jìn)一步完善，需要解決的主要問(wèn)題就是測(cè)溫采集單元的電源問(wèn)題。測(cè)溫采集單位的電源需要一種長(zhǎng)期使用，節(jié)能高效的方式，需要從有源到無(wú)源的轉(zhuǎn)變。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們提出了一種無(wú)源無(wú)線的解決方案。通過(guò)分析聲表面波諧振器的傳感原理和傳統(tǒng)傳感系統(tǒng)的構(gòu)成，采用一次變頻的構(gòu)成方式，在聲表面波諧振器的原理基礎(chǔ)上建立無(wú)源無(wú)線溫度傳感系統(tǒng)，，并引入了計(jì)算機(jī)控制和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。

　　1 SAW傳感器的選擇

　　聲表面波（Surface Acoustic Wave，簡(jiǎn)稱SAW）與傳統(tǒng)傳感器，如陶瓷、半導(dǎo)體、光纖等相比，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了無(wú)線無(wú)源傳感，適用于難以接觸的特定環(huán)境下的參數(shù)檢測(cè)，如：快速移動(dòng)物體（火車輪子的盤剎等）的溫度，應(yīng)力監(jiān)測(cè)的溫度和扭矩監(jiān)測(cè)以及密封物體內(nèi)部（礦汽車輪胎等）的各種物理化學(xué)參數(shù)監(jiān)測(cè)[1]。

　　1.1聲表面波傳感器的特點(diǎn)及優(yōu)越性

　　聲表面波傳感器充分發(fā)揮聲表面波技術(shù)本身的特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用在幾乎所有的信息技術(shù)領(lǐng)域，具備以下的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

　　1）準(zhǔn)數(shù)字輸出，聲表面濾波器直接把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為頻率的變化，這便于處理器處理[3]。

　　2）重量輕、體積小、功耗低。聲表面波具有極低的傳播速度，比電磁波小十萬(wàn)倍，傳感器的功耗很低，原因是外圍電路簡(jiǎn)單，而且聲表面波90%以上的能量都是集中在距表面一個(gè)波長(zhǎng)左右的'深度內(nèi)，敏感器件損耗低[4]。

　　3）抗干擾能力強(qiáng)。因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)聲表面波傳感器的無(wú)源化[5]。

　　4）多參數(shù)敏感性，聲表面波可以選擇合適的材料及切向，做成多種類型的傳感器[6]。

　　1.2按傳感器的工作類型和相應(yīng)的監(jiān)測(cè)機(jī)理，聲表面波傳感器大體上可以分為兩類：基于聲表面波延遲線的傳感器和基于聲表面波諧振器的傳感器。

　　1）延遲型聲表面波傳感器的工作原理

　　發(fā)射接收器發(fā)射問(wèn)詢脈沖，叉指換能器將天線接收到的問(wèn)詢電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲表面波，聲表面波的傳播遇到反射器反射回來(lái)的聲表面波傳播到叉指換能器后，叉指換能器把聲表面波轉(zhuǎn)換為電磁波信號(hào)，經(jīng)天線發(fā)射出去；利用激勵(lì)信號(hào)通過(guò)傳感器時(shí)，產(chǎn)生時(shí)間上的延遲或相變進(jìn)行測(cè)量的，當(dāng)外界被測(cè)量發(fā)生變化時(shí)，時(shí)延或相位將發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)可以確定被測(cè)量大小[7]。

　　2）諧振型聲表面波傳感器的工作原理

　　諧振型聲表面波傳感器系統(tǒng)由無(wú)線發(fā)射接收裝置、信號(hào)處理裝置和聲表面波諧振器組成。高速處理器調(diào)節(jié)一個(gè)可調(diào)的本振信號(hào)與固定高頻振蕩信號(hào)混頻，產(chǎn)生一個(gè)射頻信號(hào)，該射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波和功率放大后，通過(guò)天線發(fā)射出去，該電磁波信號(hào)被聲表面波諧振器接收后，在聲表面波諧振器發(fā)生諧振，聲表面波諧振器的謝振頻率與叉指換能器的周期長(zhǎng)度和聲表面波速度有關(guān)，當(dāng)壓電基片收到外界被測(cè)量的影響時(shí)，壓電基片的長(zhǎng)度和聲表面波在其上的傳播速度會(huì)發(fā)生變化，引起諧振器的頻率變化，進(jìn)而振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，無(wú)線發(fā)射與接收裝置在發(fā)射后，過(guò)一定時(shí)間后進(jìn)入接收階段，此時(shí)返回脈沖以聲表面波諧振器諧振頻率反射回接收裝置，接收裝置對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行射頻放大，然后與固定本振信號(hào)混頻，得到低頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)低頻濾波和A/D轉(zhuǎn)換，送入高速處理器進(jìn)行處理，得到聲表面波諧振器的謝振頻率，根據(jù)諧振頻率的變化就可以獲得被測(cè)量。 通過(guò)比較，并參照變電站無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的要求，本次測(cè)溫系統(tǒng)采用諧振型saw諧振器。

　　2 SAW諧振器的結(jié)構(gòu)和溫度傳感原理

　　系統(tǒng)的敏感元件采用的是單端口的saw諧振器，結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由壓電基片、左右反射柵和叉指換能器（IDT}組成。（4）表示諧振器的諧振頻率， L為反射陣列周期，Vsaw是基片表面激發(fā)的聲表面波的波速。

　　3 傳感系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

　　經(jīng)過(guò)綜合比較，無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)采用一次變頻構(gòu)成方式的無(wú)源無(wú)線溫度傳感系統(tǒng)。

　　4 實(shí)驗(yàn)及分析

　　因?yàn)椴捎昧苏颐}沖串作激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)的能量更集中，提高了系統(tǒng)效率，在同樣的發(fā)射條件下，發(fā)射距離明顯比沖擊信號(hào)遠(yuǎn)，這一點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)中也得到了驗(yàn)證。

　　5 小結(jié)

　　綜上所述，鑒于聲表面波技術(shù)的種種優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合變電站開關(guān)柜的特殊環(huán)節(jié)，選用一次變頻構(gòu)成方式構(gòu)成的聲表面波諧振器型無(wú)源無(wú)線溫度傳感系統(tǒng)。由一次變頻構(gòu)成方式構(gòu)成的聲表面波諧振器型無(wú)源無(wú)線溫度傳感系統(tǒng)在非接觸方式的各種溫度條件下進(jìn)行有效的測(cè)量，反映了本系統(tǒng)構(gòu)成方式具備很強(qiáng)的可操作性。本系統(tǒng)采用的電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)潔，硬件成本更低，操作也更靈活，可實(shí)現(xiàn)對(duì)在l0kV開關(guān)柜的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)溫。

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